KR20100097682A - 근접 센서 및 근접 감지 방법 - Google Patents

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Abstract

일 실시형태에서, 근접 센서는 드라이버, 포토 다이오드(PD) 및 아날로그 디지털 변환기(ADC)를 포함한다. 상기 근접 센서는 또한 상기 드라이버를 제어하기 위한 제어기를 포함할 수 있다. 상기 드라이버는 선택적으로 광원, 예를 들어 적외선(IR) 발광다이오드(LED)를 구동한다. PD에 의해 검출된 광의 세기를 표시하는 전류 신호를 생성하는, 상기 PD는 객체에서 떨어져 반사된 광원에 의해 생성된 광과 주변광(ambient light) 모두를 검출할 수 있다. 상기 ADC는 상기 PD에 의해 생성되는 상기 전류 신호의 하나 이상의 부분을 수신한다. 상기 ADC는 상기 PD에 의해 검출된 주변광과 상기 검출된 주변광에 대한 과도변화(transient change)를 보정하는 방식으로 상기 PD에 대한 객체의 근접을 측정하는데 사용될 수 있는 하나 이상의 디지털 출력으로 생성한다.

Description

근접 센서 및 근접 감지 방법{PROXIMITY SENSORS AND METHODS FOR SENSING PROXIMITY}
이 출원은 2007년 11월 14일 제출된 "근접 센서 및 근접 감지 방법"이라는 명칭의 미국 특허출원 제60/988,047호 및 2008년 4월 10일 제출된 "근접 센서 및 근접 감지 방법"이라는 명칭의 미국 실용신안출원 제12/101,047호의 우선권을 주장한다.
적외선(IR) 근접 센서는 휴대폰 및 소형 장치 응용물들에 대중적이 되고 있다. 예를 들어, 상기 센서는 휴대용 전자 장치를 위한 터치 스크린 인터페이스를 제어하는데 사용될 수 있다. 사람의 손가락과 같은, 객체가 접근하면, 상기 센서는 상기 객체를 검출한다. 객체가 검출되면, 터치 스크린 인터페이스 등은 디스플레이 백라이트를 허용하거나 불허용하고, "가상 스크롤 휠(virtual scroll wheel)", 내비게이션 패드 또는 가상 키패드 등을 표시하는 것과 같은 작용을 실행할 수 있다.
종래의 아날로그-출력 IR 근접 센서는 전형적으로 적외선(IR) 발광다이오드(LED), 상기 IR LED를 켜고 끄기 위한 스위치, 및 IR 포토 다이오드(PD)를 포함한 개별 부품들을 포함한다. 정상 동작 동안에, 상기 스위치는 상기 IR LED로 전류를 전한다. 상기 IR LED로부터 방출된 IR광(또는 적어도 상기 IR광의 일부)은 있다면 어떤 객체에 의해서도 반사될 것이며, 상기 PD에 의해 수신될 것이다. 상기 PD는 주변광뿐만 아니라, 반사광을 포토 다이오드와 병렬 연결된 저항기로 진행하는 전류로 변환한다. 상기 아날로그 출력은 상기 저항기를 가로지르는 전압이다. 상기 포토 다이오드에 의해 수신되는 IR 반사광의 세기는 약 1/(4*Xλ2)의 비율로 감소하며, 상기 X는 객체와 PD 사이의 거리이다. 그러나, 바로 언급한 바와 같이, 상기 PD에 의해 수신된 전체 IR광은 또한, R 주변광을 포함하며, 이는 태양광, 할로겐광, 백열광, 형광 등으로부터 일 수 있다. 도 1A는 이들 상이한 형태의 광 스펙트럼을 도시한다.
상기 센서의 신호 대 소음 비율을 향상시키기 위해, 종래 아날로그 출력 근접 센서의 PD는 전형적으로 상대적으로 큰 센서 영역과, 상기 IR LED의 발광파장에서 피크를 가지는 협소한 대역통과필터를 구비한, 스페셜 패키지(special package)로 구성된다. 상기와 같은 IR PD의 전형적인 스펙트럼 응답은 도 1B에 도시된다. 추가로, 상기 신호 대 소음 비율을 향상시키기 위해, 상대적으로 높은 전류가 더 강력한 IR광 신호를 방출하기 위해 상기 IR LED를 구동하는데 사용되기도 한다.
큰 크기의 센서 영역, 상기 스페셜 패키지, 및 높은 전류의 사용은 휴대폰 및 다른 소형 장치 애플리케이션에 대해, 상기와 같은 종래의 IR 근접 센서가 부적합하거나 또는 적어도 최적이지 않게 한다.
본 발명의 일 실시형태에 의하여, 근접 센서는 드라이버, 포토 다이오드(PD) 및 아날로그 디지털 변환기(ADC)를 포함한다. 상기 근접 센서는 또한 상기 드라이버를 제어하기 위한 제어기를 포함할 수 있다. 상기 드라이버는 선택적으로 광원, 예를 들어 적외선(IR) 발광다이오드(LED)를 구동한다. PD에 의해 검출된 광의 세기를 표시하는 전류 신호를 생성하는, 상기 PD는 객체에서 떨어져 반사된 광원에 의해 생성된 광과 주변광(ambient light) 모두를 검출할 수 있다. 상기 ADC는 상기 PD에 의해 생성되는 상기 전류 신호의 하나 이상의 부분을 수신한다. 상기 ADC는 상기 PD에 의해 검출된 주변광과 상기 검출된 주변광에 대한 과도변화(transient change)를 보정하는 방식으로 상기 PD에 대한 객체의 근접을 측정하는데 사용될 수 있는 하나 이상의 디지털 출력으로 생성한다.
일 실시형태에 따라서, 객체의 근접을 모니터링하는데 사용하는 방법은 하나 이상의 시간기간 동안에, 상기 객체에서 떨어져 반사된 광원에 의해 생성된 광과 주변광 모두의 세기를 검출하는 것을 포함한다. 하나 이상의 추가 시간기간 동안에, 상기 주변광의 강도가 검출된다. 상기 검출된 세기들에 기반하여, 상기 주변광의 영향과 그것에 대한 과도변화가 실질적으로 제거됨에 따라, 상기 객체에서 떨어져 반사된 광원에 의해 생성된 상기 검출광의 세기를 나타내는 출력이 생성될 수 있다. 상기와 같은 출력은 객체의 근접을 측정하는데 사용될 수 있다.
추가 및 대안적인 실시형태들, 및 본 발명의 실시형태들의 특징들, 측면들, 및 이점들이 하기 전술한 상세한 설명, 도면 및 청구항으로부터 명백해질 것이다.
본 발명의 실시형태들에 있어서의 근접 센서는 휴대폰 및 소형 장치를 포함한 다양한 시스템들에 사용될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 11의 시스템(1100)을 참조하면, 예를 들어 근접 센서(예, 200,500 또는 600)는 서브시스템(1106)(예, 터치스크린, 백라이트, 가상 스크롤 휠, 가상 키패드, 내비게이션 패드 등)이 가용하거나 가용하지 않은지 여부를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 근접 센서는 사람의 손가락과 같은, 객체가 접근하면 검출에 기반하여, 서브시스템(1106)을 작동시킨다(또는 작동시키지 않는다). 더 상세하게는, 객체가 서브시스템(1106)이 가용 되어야만 하는(소망하는 바에 따라, 또는 불가용)범위 내에 있는지 여부를 판별하기 위해, 근접 센서의 하나 이상의 출력(예, 200,500 또는 600)이 예를 들어 상기 근접 센서의 출력(들)을 임계값에 비교할 수 있는, 비교기 또는 처리기(1104)에 제공될 수 있다. 다중 임계값들이 사용될 수 있으며, 하나 이상의 가능한 응답이 객체의 검출된 근접에 기반하여 발생할 수 있다. 예를 들어, 제1 응답은 객체가 제1 근접 범위 내에 있는 경우에 발생할 수 있으며, 제2 응답이 제2 근접 범위 내에 있는 경우 발생할 수 있다.
도 1A는 상이한 형태의 광 스펙트럼을 도시한다.
도 1B는 적외선(IR) 포토 다이오드의 예시적인 스펙트럼 응답을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 저비용 저전력의 모노리딕(monolithic) IR 근접 센서, 및 대응하는 실행가능한 타이밍 도를 도시한다.
도 3은 도 2의 근접 센서에 있어서의 포토 다이오드(PD)의 예시적인 스펙트럼 응답을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 도 2의 근접 센서에 있어서의 아날로그 디지털 변환기(ADC) 실행, 및 대응하는 실행가능한 타이밍 도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 추가 실시형태에 따른 모노리딕 근접 센서, 및 대응하는 실행가능한 타이밍 도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 모노리딕 근접 센서, 및 대응하는 실행가능한 타이밍 도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른, 도 6의 근접 센서에 있어서의 ADC로서 사용될 수 있는 이중-입력 단일 출력 ADC를 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른, 도 6의 근접 센서에 있어서의 ADC로서 사용될 수 있는, 또 다른 이중-입력 단일 출력 ADC를 도시한다.
도 9는 도 8의 ADC에 사용될 수 있는, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 1-비트 디지털 아날로그 변환기(DAC)의 개략도를 도시한다.
도 10은 본 발명의 다양한 실시형태들에 따른, 객체의 근접을 측정하기 위한 다양한 방법들을 요약하는데 사용되는 고차적 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시형태에 따른 시스템의 고차적 블록도이다.
도 2는 CMOS-집적형 포토 다이오드(202), 아날로그 디지털 변환기(ADC)(204), IR LED 드라이버(206), 및 타이밍 제어기(208)를 포함한 모노리딕 칩을 구비한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 저비용 저전력의 모노리딕 근접 센서(200)를 도시한다.
상기 타이밍 제어기(208)에 의해 제어되는 IR LED 드라이버(206)는 외부 IR LED(210)를 선택적으로 구동한다. 특정 실시형태들에 의하여, 상기 포토 다이오드(PD)(202)는 어떠한 스펙트럼 필터도 없는 보통의 PN 접합 다이오드이다. 상기와 같은 PD의 전형적인 스펙트럼 응답은 도 3에 도시된다. 도 4는 ADC(204)의 일 실행가능한 구현을 도시하며, 더 상세하게는 전하 균형된 ADC(404)를 도시한다.
IR LED 드라이버의 출력 변조와 함께, 디지털 출력으로 광전류의 직접 변환을 제공함에 의한, 도 2의 센서(200)의 이점은 상대적으로 작은 전류 신호가 저 오프셋과 고 분해능으로 처리될 수 있다는 것이다. 본 발명의 특정 실시형태에 따른 센서(200)의 동작 원리는 다음과 같다:
제 1 변환 동안에, IR LED 드라이버(206)가 꺼지고(즉, 도 2의 스위치(S0)가 개방), 따라서 외부 IR LED(210)가 꺼진다(즉, 어떠한 IR광도 생성하지 않음). 상기 ADC(204)(DATA1)의 출력은 주변광의 세기를 표시하며(예,비례하여);
제 2 변환 동안에, 상기 IR LED 드라이버(206)는 켜지고(즉, 스위치(SO)가 폐쇄), 따라서 외부 IR LED(210)가 켜진다(즉, IR광을 생성).
상기 ADC(204)(DATA2)의 출력은 주변광의 세기를 표시하며(예, 비례하여), PD(202)를 향해 반사되고 상기 PD(202)에 의해 검출된 IR LED(210)로부터 IR광을 수신한다. 객체가 상기 센서(200)에 근접하지 않은 경우, 상기 IR LED(210)에 의해 생성되는 실질상 없는 IR광이 상기 PD를 향해 도로 반사되어야 하며, 따라서 이러한 환경 동안에, 상기 ADC(204)(DATA2)의 출력은 상기 주변광의 세기(예, 비례하여)를 다시금 나타낼 것이다. 이에 따라, 상기 IR LED(210) 및 PD(202)는 바람직하게는 서로 관련하여 배치되어, 상기 IR LED(210)로부터 상기 PD(202)로 직접적으로 이동할 수 있는 IR광은 없으며, 그보다는 상기 PD(202)는 바람직하게는 상기 센서(200) 근방의 객체(201)에서 떨어진 상기 IR LED(210)로부터의 광을 단지 검출해야만 한다.
여기 사용된 용어로서, 주변광은 배경광, 즉, 상기 IR LED(210)에 의해 생성된 광에 의해 야기되지 않는 실내 또는 실외 세팅에 이미 존재하는 광을 언급한다. 상기 주변광은 IR 파장을 포함한 광범위한 파장에 걸친 방사를 포함한다.
DATA1 및 DATA2 값들은 저장될 수 있으며(예, RAM, EPROM, 레지스터 등일 수 있는 메모리(220)에), 그들의 차감을 허용한다(예, 처리기(230) 또는 디지털 차감 회로에 의해). 상기 DATA1 값은 주변광의 세기를 나타낸다(도 1A에 도시된 것과 같은, 다양한 광원들로부터 결과할 수 있으며, 도 3에 도시된 PD 스펙트럼으로부터 인정될 수 있는 가시광 및 IR광 모두를 포함할 수 있는). 상기 DATA2 값은 객체에서 떨어져 반사되어 상기 PD(202)에 의해 검출되었던 IR LED(210)에 의해 생성된 IR광과 주변광 모두의 세기를 나타낸다.
상기 차감은 예를 들어, 제 1 및 제 2 변환시간이 균등한 지속기간이 아닌 경우, 가중 차감(weighted subtraction)일 수 있다. 상기 주변광이 상기 제 1 및 제 2 변환 동안에 변화하지 않는 경우, Data2-Data1의 차감은 상기 IR LED로부터 수신된 IR광의 세기에만 실질상 비례하는 값으로 결과하며(즉, 상기 주변광의 영향이 차감된다), 이는 객체가 센서(200)에, 더 상세하게는 PD(202)에 가까워짐에 따라 증가해야만 한다. 반대로, Data2-Data1의 값은 객체가 센서(200)로부터 멀리 떨어짐에 따라 감소해야만 한다. 이에 따라 Data2-Data1의 값은 객체의 근접을 측정하는데 사용될 수 있다.
도 2의 타이밍 도에 도시된 바와 같이, Data1 및 Data2는 ADC(204)로부터 번갈아 출력된다. 복수의 값들(Data2로부터 Data1을 차감함에 의해 생성된)이 측정되어, 이어서 가산될 수 있으며(예, 적분기 또는 누산기를 사용하여, 적분 또는 누적됨), 합산된 값이 객체의 근접을 측정하기 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 복수의 값들(Data2로부터 Data1을 차감함에 의해 생성된)이 측정되어, 다음으로 평균화될 수 있으며, 상기 평균화 값은 객체의 근접을 측정하기 위해 사용될 수 있다. 다른 실시형태에서, 복수의 DATA1 값들이 합산된 DATA1를 생성하기 위해 가산될 수 있으며(예, 적분기 또는 누산기를 사용하여, 적분 또는 누적됨), 복수의 DATA2 값들이 합산된 DATA2를 생성하기 위해 가산될 수 있으며, 이어서 합산된 DATA1은 객체의 근접을 측정하기 위해 사용될 수 있는 값을 생성하기 위해, 합산된 DATA2로부터 차감될 수 있다. 여전히 다른 실시형태에서, 복수의 DATA1 값들은 평균화된 DATA1을 생성하기 위해 평균화될 수 있으며, 복수의 DATA2 값들이 평균화된 DATA2을 생성하기 위해 평균화될 수 있으며, 이어서 상기 평균화된 DATA1은 객체의 근접을 측정하기 위해 사용될 수 있는 값을 생성하기 위해, 상기 평균화된 DATA2로부터 차감될 수 있다. 이들은 아주 작은 예들로, 제한하는 것을 의도로 하는 것은 아니다.
주변광이 제 1 및 제 2 변환 과정에서 변화하지 않는 한, 많은 주변광이 존재할 시에도, 도 2의 실시형태가 상기 ADC(204)가 충분한 비트수의 데이터를 제공할 수 있기 때문에, 근접 감지를 위한 고 감도를 제공할 수 있다. 그러나, 휴대폰 및 소형 장치 응용물들에서, 환경 변화는 상대적으로 신속하게 발생할 수 있으며, 상기 주변광에 대한 과도변화를 결과한다.
변환시간 및 DATA 값들은 상이하게 계산(number)될 수 있는 것을 인지한다. 환언하자면, 제 1 변환 동안에 IR LED(210)이 켜지고, 제2 변환 동안에 IR LED가 꺼진다. 이러한 계산을 사용하여, 상기 DATA1 값은 반사되어 PD(202)에 의해 검출되는 IR LED(210)에 의해 생성되는 IR광과 주변광 모두의 세기를 표시할 것이며, 상기 DATA2 값은 주변광의 세기를 표시할 것이다. 여기서, DATA1-DATA2의 값은 객체의 근접을 측정하기 위해 사용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 추가 실시형태에 따른 모노리딕 근접 센서(500)를 도시한다. 여기서, 두 개의 ADC(2041,2042)가 사용되며, IR LED 드라이버(206)가 예를 들어 50%의 듀티 사이클을 가지며, 켜지고 커진다. 각기 온타임(on-time)은 M이 정수(1,2,3...)인 M 클록 주기를 포함한다. 포토 다이오드(202)의 출력 전류는 타이밍 도에 따라서 두 개의 ADC(2041,2042)의 입력 간에 전환된다. 이러한 이중 ADC 아키텍처 및 전환 타이밍 방식으로, 주변광 변화의 영향은 실질상 제거된다. 이러한 실시형태에서, 근접 감지의 오류를 야기할 수 있는 두 개의 ADC(2041,2042) 사이의 이득 불일치를 보정하기 위해, 트리밍 회로(trimming circuit)가 상기 이득 불일치를 개선하기 위해 사용될 수 있다. 도 4에 도시되는 변화 균형된 ADC(404)는 두 개의 ADC(2041,2042)를 실행하기 위해 사용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른, 모노리딕 근접 센서(600)를 도시한다. 여기서, 이중-입력 단일 출력 ADC(604)가 사용된다. 특정 실시형태들에서, 상기 이중-입력 단일 출력 ADC(604)는 트리밍 회로의 필요를 제거할 수 있는, 이중 적분기들을 포함할 수 있다. 상기 ADC(604)의 출력은 IR LED(210)로부터 방출된 수신 IR광의 세기에만 실질상 비례한다(즉, 상기 주변광의 영향은 실질상 제거된다).
도 7은 도 6의 ADC(604)를 위해 사용될 수 있는, 이중-입력 단일 출력 ADC(702)의 일 실시형태를 도시한다. 도 8은 도 6의 ADC(604)를 위해 사용될 수 있는, 이중-입력 단일 출력 ADC(804)의 다른 실시형태를 도시한다. 도 7 및 도 8에 도시된 것들 외에 이중-입력 단일 출력 ADC의 대안적인 실시형태들이 마찬가지로 본 발명의 범위 안에서 가능하다. 이상적으로, 전류 모드에서의 상기 이중-입력 단일 출력 ADC는 다음 함수를 실현할 것이다.
Figure pct00001
여기서 데이터는 ADC의 디지털 출력이며, N은 ADC 출력의 비트수이며, Iref는 기준전류이며, lin1 및 lin2는 이중 전류 입력이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 이중-입력 단일 출력 ADC(702)는 종래의 두 개의 단일 입력 ADC들(ADC(7041), ADC(7042))과 디지털 차감 회로(708)로 구현된다. 상기 출력은 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure pct00002
여기서, lin1 및 lin2는 각각 ADC(7041) 및 ADC(7042)를 위한 입력 전류이며, Iref1 및 Iref2는 상기 ADC의 기준전류이다. 식(2)으로부터 식(1)에 의해 주어진 함수를 실현하기 위해, 트리밍 회로는 이득-일치를 이루는, 즉 Iref2에 Iref1를 일치시키기 위해 사용되어야만 한다. ADC의 분해능이 높아질수록(즉, 출력 비트수가 커질수록), 상기와 같은 트리밍 회로를 구현하는 것이 어렵다.
상기 소개된 도 4는, 각각의 ADC가 전하 균형 기술에 종속하는, 종래의 단일 입력 ADC(404)로서 구현되는 ADC(7041) 및 ADC(7042) 각각의 일부 예시적인 세부사항을 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 ADC는 적분기(412), 비교기(414), D 플립-플롭(D flip-flop)(dff)(416), 및 카운터(418)를 포함할 수 있다. N 비트들과의 각 데이터(즉, 아날로그 디지털) 변환을 위해, 2λN 클록 주기들이 필요하다. 각기 변환시 동안에, dff(416)으로부터 1s의 수가 카운트 되며, Tclock*lref의 전하가 각기 대응하는 1을 위해 적분기(412)로 전해진다. 여기서, Tclock은 클록 기간이며, lref는 기준전류이다. 전하 변환에 의하여:
Figure pct00003
여기서, lin은 입력 전류이며, 데이터는 카운터의 출력이다. 상기 등식의 왼편은 입력 전류에 의해 적분기로부터 제거된 전체 전하를 나타내며, 오른편은 기준전류에 의해 적분기로 운반되는 전체 전하를 나타낸다. 등식(3)으로부터, 디지털 출력은 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure pct00004
도 8은 본 발명의 추가 실시형태에 따른, 이중 적분기로 실행되는, 이중-입력 단일 출력 ADC(804)의 아키텍처를 도시한다. 상술한 바와 같이, 상기 이중-입력 ADC(804)는 도 6의 이중-입력 ADC(604)를 구현하는데 사용될 수 있다. 상기 ADC(804)는 등식(1)에 의해 주어진 함수를 실현하며, 동시에 트리밍 회로의 어떠한 필요도 경감시킨다. 상기 ADC(804)는 한 쌍의 적분기들(412A,412B), 한 쌍의 비교기들(414A,414B), 한 쌍의 D 플립-플롭들(416A,416B), 및 업-다운 카운터(818)를 포함한 것으로서 도시된다. 상기 ADC(404)는 또한 1-비트 DAC(820), 및 시간 지연(822)을 포함한 것으로서 도시된다. 상기 ADC(404)의 동작은 하기 기술한 바와 같다. 간소화를 위해 M=1로 가정한다:
SWITCH=H 동안에, 적분기(412A)의 출력을 바이어스 전압(vbias)에 비교하는, 비교기(414A)로부터의 출력이 가용하다. 상기 비교기(414A)의 출력으로부터 1이 클록의 폴링 엣지(falling edge) 상에 dff(416A)에 의해 래치(latch)되는 경우, 2*lref Tclock의 전하가 적분기(412A)로 전해지며, 동시에, 상기 1이 업-다운 카운터(818)에 의해 카운트 다운된다.
SWITCH=L 동안에, 적분기(412B)의 출력을 동일한 바이어스 전압(vbias)에 비교하는, 비교기(414B)로부터의 출력이 가용하다. 상기 비교기(414B)의 출력으로부터 1이 클록의 폴링 엣지(falling edge) 상에 dff(416B)에 의해 래치(latch)되는 경우, 2*lref Tclock의 전하가 적분기(412B)로 전해되며, 동시에, 상기 1이 업-다운 카운터(818)에 의해 카운트 다운된다.
각각의 변환을 위한, 카운트-업 및 카운트-다운 수는 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure pct00005
Figure pct00006
등식(5) 및 등식(6)에 의하여, 상기 업-다운 카운터(818)의 출력은 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure pct00007
일 실시형태에 의하여, 누산기는 업-다운 카운터(818) 대신에 사용될 수 있다.
도 9는 3개의 출력을 생성하고, 이중 적분기들을 구비한 ADC 아키텍처와 사용할 수 있는, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 1-비트 DAC(디지털 아날로그 변환기)(820)의 개략도를 도시한다. CtrlA는 vbias 및 loutA의 출력들 간의 기준전류를 조정하는데 사용되며; CtrlB는 vbias 및 loutB의 출력들 간의 기준전류를 조정하는데 사용된다. CtrlA=1이고, CtrlB=0인 경우, 그때 lref*2의 전류가 loutA로 흐른다. CtrlA=0이고, CtrlB=1인 경우, lref*2의 전류가 loutB로 흐른다. CtrlA=0 및 CtrlB=0인 경우, lref*2의 전류가 Vbias로 흐른다. 도 8을 도로 참조하면, CtrlA=1 및 CtrlB=1인 경우는 없으며, 즉 블록(820)에 도시되는 양쪽 스위치들이 폐쇄되는 경우는 없다.
도 9를 다시금 참조하면, INVERTER-게이트 및 CtrlA 또는 CtrlB에 대한 두 개의 교차 결합형 NOR-게이트는 조정 동안에 기준전류의 차단을 방지하기 위해 두 쌍의 오버-랩핑(over-lapping) 클록들을 생성하도록 사용된다. 세 개의 OR 게이트가 각 쌍을 위해 오버-랩핑 클록들의 시간 지연을 일치시키는데 사용된다. 1-비트 DAC(820)의 대안적인 구성이 본 발명의 범위 안에서 가능하다.
LED를 제외한, 대안적인 광원들의 사용이 본 발명의 범위 안에 있다. 예를 들어, 레이저 다이오드가 LED 대신에 광을 생성하는데 사용될 수 있다. 대안적으로, 백열광이 LED 대신에 사용될 수 있다. 이들은 아주 작은 예로서, 제한하는 것을 의미로 한 것이 아니다. 상술한 실시형태들에서, 상기 광원(예, LED(210))은 IR광을 생성하는 것으로서 기술되었다. 대안적인 실시형태들에서, 제어된 광원은 가시 스펙트럼의 광(예, 청색, 녹색 또는 적색광)과 같은 대안적인 광 파장을 생성할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다.
도 10의 하이 레벨 흐름도는 객체의 근접을 모니터링하는데 사용하기 위한, 본 발명의 다양한 실시형태들에 따른, 다양한 방법들을 기술하는데 사용된다.
도 10을 참조하면, 단계(1000)에서, 광원은 예를 들어, 제어기 및/또는 드라이버를 사용하여 제어된다. 예를 들어, 상술한 바와 같이, 광원은 선택적으로 켜지고 커질 수 있다. 단계(1002)에서, 객체에서 떨어져 반사된 광원에 의해 생성된 광 및 주변광 모두의 세기는 하나 이상의 시간기간 동안에 검출된다. 단계(1004)에서, 상기 주변광의 세기가 하나 이상의 추가 시간기간 동안에 검출되는 한편, 상기 광원은 광을 생성하지 않는다. 예를 들어, 단계(1002)의 검출 시간기간 및 단계(1004)의 검출시간 기간은 상술한 바와 같이 산재(intersperse)될 수 있다. 단계(1006)에서, 단계들(1002,1004)에서 검출된 세기들에 기반하여, 객체에서 떨어져 반사된 광원에 의해 생성된 검출광의 세기를 표시하며, 과도변화를 포함한 주변광을 보정하는 출력이 생성된다. 바람직하게는, 상기 주변광의 영향은 실질상 제거되며, 이로 인해 상기 주변광은 단계(1008)에서 판별될 수 있는, 객체의 근접 측정에 영향을 미치지 않을 것이다. 예를 들어, 단계(1008)에서, 단계(1006)에서 생성된 출력은 객체의 근접을 측정하기 위해 하나 이상의 임계값에 비교될 수 있다. 일부 실시형태들에 의하여, 단계(1002)에서 검출된 세기로부터 단계(1004)에서 검출된 세기를 차감함에 단계(1006)에서 출력이 생성될 수 있다. 상기와 같은 차감은 가중 차감(weighted subtraction)일 수 있다.
특정 실시형태에 의하여, 이중-입력 단일 출력 아날로그 디지털 변환기(ADC)는 예를 들어 도 6 및 도 8과 관련하여, 상술한 바와 같이, 객체의 근접을 측정하기 위해 사용될 수 있는 출력을 생성하기 위해 사용된다.
본 발명의 다양한 실시형태들이 상기 기술된 한편, 상기 실시형태들은 예시의 방법으로서 제시되었으며, 제한하는 것이 아님을 이해해야 한다. 다양한 형태 변화 및 세부사항들이 본 발명의 범위 및 사상으로부터 떨어져지 않고 이루어질 수 있음이 본 기술분야의 당업자에게 명백할 것이다.
본 발명의 범위 및 사상은 상술한 임의의 예시적인 실시형태에 의해 제한되어서는 아니 되며, 다음 청구항들 및 그들의 균등물에 따라서만 정의되어야 한다.
200: 모노리딕 근접 센서
202: CMOS-집적형 포토 다이오드
204: 아날로그 디지털 변환기(ADC)
206: IR LED 드라이버
208: 타이밍 제어기

Claims (25)

  1. 객체의 근접을 모니터링하는데 사용하는 방법으로서,
    (a) 광원을 제어하는 단계와,
    (b) 하나 이상의 시간 기간 동안에, 상기 객체에서 떨어져 반사된 상기 광원에 의해 생성된 광과 주변광 모두의 세기를 검출하는 단계와,
    (c) 상기 광원이 광을 생성하지 않는 하나 이상의 추가 시간기간 동안에, 상기 주변광의 세기를 검출하는 단계와,
    (d) 상기 (b) 및 (c) 단계들에서 검출된 세기들에 기반하여, 상기 객체에서 떨어져 반사되고 과도변화를 포함한 상기 주변광을 보정하는 상기 광원에 의해 생성된 상기 검출광의 세기를 표시하는 출력을 생성하는 단계를 포함하며,
    상기 출력은 상기 객체의 근접을 측정하는데 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 객체의 근접을 모니터링하는데 사용하는 방법.
  2. 제 1항이 있어서,
    상기 (b) 단계는 제1 복수의 시간기간들 동안에 상기 객체에서 떨어져 반사된 상기 광원에 의해 생성된 광과 주변광 모두의 상기 세기들 검출하는 것을 포함하고,
    상기 (c) 단계는 제2 복수의 시간기간들 동안에 상기 주변광의 상기 세기를 검출하는 것을 포함하며,
    상기 단계(b)의 상기 복수의 시간기간의 적어도 일부는 상기 단계(c)의 상기 제2 복수의 시간기간의 적어도 일부로 산재되는 것을 특징으로 하는 객체의 근접을 모니터링하는데 사용하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 (d)단계는 상기 (b)단계에서 검출된 세기를 표시하는 하나 이상의 값으로부터 상기 (c)단계에서 검출된 세기를 표시하는 하나 이상의 값을 차감함에 의해 상기 출력을 생성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 객체의 근접을 모니터링하는데 사용하는 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 차감은 가중 차감(weighted subtracting)일 수 있는 것을 특징으로 하는 객체의 근접을 모니터링하는데 사용하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 (d)단계는,
    상기 (b)단계에서 검출된 세기에 기반하여 업-다운 카운터 또는 누산기의 카운트 값(count value)을 증가시키고,
    상기 (c)단계에서 검출된 세기에 기반하여 상기 업-다운 카운터 또는 상기 누산기의 카운트 값을 감소시키는 것을 포함하며,
    상기 (d)단계에서 생성된 출력은 상기 업-다운 카운터 또는 상기 누산기의 출력인 것을 특징으로 하는 객체의 근접을 모니터링하는데 사용하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 (d)단계는 상기 객체의 근접을 측정하는데 사용될 수 있는 출력을 생성하기 위해 이중-입력 단일 출력 아날로그 디지털 변환기(ADC)를 사용하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 객체의 근접을 모니터링하는데 사용하는 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 (a)단계는 상기 하나 이상의 시간기간 동안에, 적외선(IR)광의 생성을 포함하고,
    상기 (b)단계는 상기 하나 이상의 시간기간 동안에, 상기 객체에서 떨어져 반사되는 상기 생성된 IR광과 주변광 모두의 세기 검출을 포함하고,
    상기 (c)단계는 상기 하나 이상의 추가기간 동안에, 상기 주변광의 세기 검출을 포함하는 것을 특징으로 하는 객체의 근접을 모니터링하는데 사용하는 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 객체의 근접을 측정하기 위해 하나 이상의 임계값에 상기 단계(d)에서 생성된 상기 출력의 비교를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 객체의 근접을 모니터링하는데 사용하는 방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 (a)단계는 적외선 발광 다이오드(IR LED)를 선택적으로 구동하는 것을 포함하고,
    상기 (b)단계는 포토-다이오드(PD)에서 광을 검출하는 것을 포함하며,
    상기 (b)단계의 상기 하나 이상의 시간기간 동안에, 상기 PD에 의해 검출된 광의 세기는 상기 객체에서 떨어져 반사된 IR LED에 의해 생성된 IR광과 주변광 모두를 표시하며,
    상기 (c)단계의 하나 이상의 추가 시간기간 동안, 상기 PD에 의해 검출된 광의 세기는 상기 주변광의 세기를 표시하는 것을 특징으로 하는 객체의 근접을 모니터링하는데 사용하는 방법.
  10. 근접 센서로서,
    광원을 선택적으로 구동하는 드라이버와,
    객체에서 떨어져 반사된 상기 광원에 의해 생성된 광을 검출하고 주변광을 검출할 수 있으며, 그것에 의해 검출된 광의 세기를 표시하는 전류 신호를 생성하는 포토-다이오드(PD)와,
    상기 PD에 의해 생성된 상기 전류 신호의 하나 이상의 부분을 수신하는 아날로그 디지털 변환기(ADC)를 포함하며,
    상기 ADC는 상기 PD에 의해 검출된 주변광과 상기 주변광에 대한 과도변화를 보정하는 방식으로 상기 PD에 대한 객체의 근접을 측정하는데 사용될 수 있는 하나 이상의 디지털 출력을 생성하는 것을 특징으로 하는 근접 센서.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 드라이버가 상기 광원을 구동할 때에, 상기 ADC는 상기 PD에 의해 검출된 주변광의 상기 세기와, 객체에서 떨어져 반사되어 상기 PD에 의해 검출되는 상기 광원에 의해 생성된 상기 광의 세기 모두를 표시하는 하나 이상의 제1 디지털 값을 생성하며,
    상기 드라이버가 상기 광원을 구동하지 않을 때에, 상기 ADC는 상기 PD에 의해 검출된 상기 주변광의 상기 세기를 표시하는 하나 이상의 제2 디지털 값을 생성하는 것을 특징으로 하는 근접 센서.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제1 디지털 값과 상기 제2 디지털 값 간의 차는 상기 객체에서 떨어져 반사되어 상기 PD에 의해 검출되는 상기 광원에 의해 생성된 상기 광의 상기 세기를 표시하며,
    상기 제1 디지털 값과 상기 제2 디지털 값 간의 상기 차는 상기 PD에 관련하여 상기 객체의 근접을 측정하기 위해 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 근접 센서.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 ADC는 이중 입력 단일 출력 ADC를 포함하며,
    상기 ADC의 제1 입력은 객체에서 떨어져 상기 PD에 의해 검출되는 상기 광원에 의해 생성된 상기 광의 세기와, 상기 PD에 의해 검출된 주변광의 세기 모두를 표시하는, 상기 PD에 의해 생성된, 상기 전류 신호의 하나 이상의 부분을 수신하며,
    상기 ADC의 제2 입력은 상기 PD에 의해 검출된 상기 주변광의 세기를 표시하는, 상기 PD에 의해 생성된, 상기 전류 신호의 하나 이상의 추가 부분을 수신하는 것을 특징으로 하는 근접 센서.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 이중 입력 단일 출력 ADC는,
    한 쌍의 적분기들과,
    한 쌍의 비교기들과,
    상기 적분기들 중의 하나에 형성되는 제1 기준전류와, 상기 적분기들의 다른 하나에 형성되는 제2 기준전류와, 상기 비교기들에 형성되는 기준전압을 포함한 세 개의 출력을 생성하는 1-비트 디지털 아날로그 변환기(DAC)를 포함하는 것을 특징으로 하는 근접 센서.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 이중 입력 단일 출력 ADC는 선택적으로 카운트 업 또는 카운트 다운하는 업-다운 카운터를 구비하여, 상기 단일 출력에서 상기 객체에서 떨어져 반사되어 상기 PD에 의해 검출되는 상기 광원에 의해 생성된 상기 광의 세기를 표시하는 디지털 값을 생성하는 것을 특징으로 하는 근접 센서.
  16. 제 10항에 있어서,
    상기 PD에 의해 생성된 상기 전류 신호의 하나 이상의 추가 부분을 수신하는 추가 ADC와,
    스위치들과,
    상기 드라이버와 상기 스위치들을 제어하는 제어기를 더 포함하며,
    상기 제어기는 상기 스위치들이 상기 PD에 의해 생성된 상기 전류 신호의 부분들을 상기 ADC 또는 상기 추가 ADC로 향하게 하게끔 제어하고,
    상기 ADC는 객체에서 떨어져 반사되어 상기 PD에 의해 검출되는 상기 광원에 의해 생성된 상기 광의 세기와, 상기 PD에 의해 검출된 상기 주변광의 세기 모두를 표시하는 하나 이상의 제1 디지털 값을 생성하고,
    상기 추가 ADC는 상기 PD에 의해 검출된 상기 주변광의 세기를 표시하는 하나 이상의 제2 디지털 값을 생성하는 것을 특징으로 하는 근접 센서.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 제1 디지털 값과 상기 제2 디지털 값 간의 차는 상기 객체에서 떨어져 상기 PD에 의해 검출되는 상기 광원에 의해 생성된 상기 광의 세기를 표시하며,
    상기 제1 디지털 값과 상기 제2 디지털 값 간의 상기 차는 상기 PD에 관련한 상기 객체의 근접을 측정하는데 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 근접 센서.
  18. 제 10항에 있어서,
    상기 드라이버를 제어하는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 근접 센서.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 근접 센서는, 상기 드라이버, 상기 제어기, 상기 PD 및 상기 ADC를 구비하는 모노리딕 칩을 포함하는 것을 특징으로 하는 근접 센서.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 모노리딕 칩은,
    발광 다이오드 또는 레이저 다이오드의 터미널에 연결되게 구성되어, 상기 드라이버가 상기 발광 다이오드 또는 레이저 다이오드를 선택적으로 구동할 수 있는 제1 터미널을 포함하는 것을 특징으로 하는 근접 센서.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 모노리딕 칩은,
    제1 및 제2 디지털 값들의 인터리브드 스트림(interleaved stream)을 출력하게 구성된 출력 터미널을 더 포함하며, 상기 제1 디지털 값과 상기 제2 디지털 값 간의 차는 상기 PD에 관련한 상기 객체의 근접을 측정하는데 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 근접 센서.
  22. 제 20항에 있어서,
    상기 모노리딕 칩은,
    상기 PD에 관련한 상기 객체의 근접을 측정하는데 사용될 수 있는 하나 이상의 디지털 데이터 값을 출력하게 구성되는 출력 터미널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 근접 센서.
  23. 제 20항에 있어서,
    상기 모노리딕 칩은,
    객체에서 떨어져 반사되어 상기 PD에 의해 검출되는 상기 광원에 의해 생성된 상기 광의 세기와, 상기 PD에 의해 검출되는 주변광의 세기 모두를 표시하는 하나 이상의 제1 디지털 데이터 값을 출력하게 구성되는 제1 출력 터미널과,
    상기 PD에 의해 검출된 상기 주변광의 세기를 표시하는 하나 이상의 제2 디지털 데이터 값을 출력하게 구성되는 제2 출력 터미널을 더 포함하며,
    상기 제1 디지털 값과 상기 제2 디지털 값 간의 차는 상기 객체에서 떨어져 반사되어 상기 PD에 의해 검출되는 상기 광원에 의해 생성된 상기 광의 세기를 표시하고,
    상기 제1 디지털 값과 상기 제2 디지털 값 간의 상기 차는 상기 PD에 관련한 상기 객체의 근접을 측정하는데 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 근접 센서.
  24. 근접 센서로서,
    광원을 선택적으로 구동하는 드라이버와,
    그것에 의해 검출된 광의 세기를 표시하는 전류 신호를 생성하는 포토-다이오드(PD)와,
    제1 입력, 제2 입력 및 출력을 포함하는 아날로그 디지털 변환기(ADC)와,
    상기 드라이버를 제어하고, 상기 PD에 의해 생성된 상기 전류 신호의 부분들을 상기 ADC의 상기 제1 입력 또는 상기 제2 입력으로 향하게 하는 스위치들을 제어하는 제어기를 포함하며,
    상기 ADC는 상기 제1 및 제2 입력들에 형성된 상기 전류 신호의 상기 부분들에 기반하여, 선택적으로 카운트 업 또는 카운트 다운하여, 객체에서 떨어져 반사되어 상기 PD에 의해 검출되는 상기 광원에 의해 생성된 광을 나타내는 카운트 값을 생성하는 업-다운 카운터를 구비하며,
    상기 ADC의 상기 출력에 형성된 상기 카운트 값은 상기 PD에 대한 객체의 근접을 측정하기 위해 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 근접 센서.
  25. 광원을 선택적으로 구동하는 드라이버와,
    객체에서 떨어져 반사되는 상기 광원에 의해 생성된 광을 검출하고 주변광을 검출할 수 있으며, 그것에 의해 검출된 광의 세기를 표시하는 전류 신호를 생성하는 포토-다이오드(PD)와,
    상기 PD에 의해 생성된 상기 전류 신호의 하나 이상의 부분을 수신하는 아날로그 디지털 변환기(ADC)와,
    상기 하나 이상의 디지털 출력을 수신하고 상기 PD에 대한 상기 객체의 근접을 표시하는 상기 하나 이상의 디지털 신호에 기반하여 서브시스템을 작동시키거나 또는 작동시키지 않는 비교기 또는 처리기를 포함하며,
    상기 ADC는 상기 PD에 의해 검출된 상기 주변광과 상기 주변광에 대한 과도변화를 보정하는 방식으로 상기 PD에 대한 객체의 근접을 표시하는 하나 이상의 디지털 출력을 생성하는 것을 특징으로 하는 시스템.
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